超快激光推动非线性显微镜、环境传感和量子技术

能够发射皮秒和飞秒脉冲的超快激光器在许多不同行业中的应用正在增长，其应用包括高价值制造、传感、诊断、基础研究、环境监测和医疗保健。

拓展新应用需要多年的研发努力，以满足不断变化的环境和多样化的工艺要求。它突破了超快激光器的极限——如今的成果是更可靠、更紧凑、更节能且更易于使用的系统。这在很大程度上要归功于基于光纤的超快激光器的发展。

被动锁模技术的进步推动了新型、紧凑、空气冷却光纤激光器的开发，该技术可产生超短光脉冲。最广泛的技术是半导体可饱和吸收镜 (SESAM)、非线性偏振旋转、非线性光纤环镜和碳纳米管可饱和吸收器。

Chromacity 的固定波长光纤激光器依靠主振荡器功率放大器 (MOPA) 架构来定义和管理功率和脉冲质量之间的平衡。我们的腔体设计和非线性偏振旋转锁模技术可实现高质量的超快脉冲，同时保持最高的激光斜率效率（见图 1）。我们的锁模振荡器随后的功率提升有利于将单个功率放大器级的功率提升至 5-10 W 的平均功率水平，而无需额外的前置放大器。

这使我们能够利用自由空间和光纤结构来制造易于集成到任何系统中的超高效、小尺寸激光器。

非线性显微镜

超短飞秒脉冲所实现的领域之一是非线性显微镜，其中包括二次谐波产生 (SHG) 显微镜、双光子荧光寿命成像显微镜 (2P-FLIM) 和双光子激发荧光 (2PEF) 显微镜等方法。这些技术利用红外 (IR) 光的低吸收和散射来增加生物样本的深度测量。通过使用飞秒脉冲红外激光辐射，它们可以产生更短波长的光来对样本进行成像。

紧凑型风冷激光器的出现彻底改变了非线性显微镜，使该技术更加易于应用。由于钛宝石 (Ti:Sapphire) 激光器具有可调性（通常在 680 至 1080 nm 之间），该领域传统上以钛宝石 (Ti:Sapphire) 激光器为主。但紧凑型风冷、固定波长光纤激光器系统的优势正在推动其在该应用领域的快速普及。尽管钛宝石激光器是可调的，但光纤激光器占用空间更小、维护成本低、拥有成本更低的优势弥补了可调性的不足。

为了使光纤激光器充分成为非线性显微镜成像系统（例如 2PEF 显微镜）的首选激光源，波长与荧光团吸收线重叠至关重要。这启发了匹配激光器的开发，特别是在 920 nm、1040 nm 和 780 nm。Chromacity 开发了一款 920 nm 飞秒激光器，用于激发用于 2PEF 显微镜和神经科学成像的常见荧光团。

环境感知

环境气体监测是全球优先事项，需要一种强大而灵敏的实时测量技术。实时测量和评估气体排放的能力对于改善许多行业的环境足迹至关重要，包括天然气开采和加工、工业设施、废水处理厂、农业、农林业和垃圾填埋场。一种可能的解决方案是基于开放路径傅里叶变换红外光谱 (FTIR) 的系统（见图 2）。

此类应用的理想激光源系统必须具有高度可调性、能够实现高分辨率光谱并具有良好的光束质量。光学参量振荡器 (OPO；见图 3) 可满足这些要求。能够在 1.4 至 12 µm 范围内选择感兴趣的波长区域，这提供了前所未有的灵活性，并且可以针对许多感兴趣的吸收线。在最近与赫瑞瓦特大学的 Derryck Reid 教授及其研究小组合作的项目中，成功证明了在长距离气体吸收测量中使用此类激光器进行激光光谱应用的可行性。该系统经过调整，以甲烷和乙烷吸收带为目标，并展示了以十亿分之一的精度测量气体浓度的能力。

量子技术

在过去十年中，量子技术取得了长足的发展。量子技术的许多应用，如量子光谱、量子纠缠和量子密码学，都有助于塑造激光的发展方向。这些应用的基础是能够可靠地创建量子纠缠。

实现量子纠缠的方法之一是自发参量下转换 (SPDC)。该技术通常需要能够产生超短脉冲的激光系统，该系统将极高的峰值功率传送到非线性晶体载体以产生 SPDC。产生飞秒脉冲的固定波长激光器是此应用的理想选择。

量子光谱等应用需要更复杂的激光源，以产生更宽的红外波长范围，从而实现更大的灵活性。超短脉冲持续时间和中红外可调激光器是理想的搭配，而从短波到长波红外光选择波长带的能力为应用提供了非凡的弹性。

未来

超快光纤激光器技术在过去二十年中已经成熟，大多数用户都可以利用其易用性、效率和低成本的优势。随着材料科学在锁模、电子设备小型化和光学效率提高方面的近期进展，超快激光器有望变得更小、更高效、功率更高。这将导致新用户将其用于材料加工、非线性光学和量子应用。